微型计算机技术

微机原理及接口技术,第二级,第三级,第四级,第五级,微机原理及接口技术,定时计数控制接口,定时计数控制接口,8253,的引脚和六种工作方式,8253,的编程,8253,在,IBM PC,系列机上的应用,教学重点,1.定时与计数,在微机系统或智能化仪器仪表的工作过程中，经常需要使系统处于定时工作状态，或者对外部过程进行计数。,定时或计数的工作实质均体现为对脉冲信号的计数，如果计数的对象是标准的内部时钟信号，由于其周期恒定，故计数值就恒定地对应于一定的时间，这一过程即为定时，如果计数的对象是与外部,过程相对应的脉冲信号（周期可以不相等），则此时即为计数。,2.,定时功能的实现方法,软件延时,利用微处理器执行一个延时程序段实现,不用硬件，但占用CPU时间、定时精度不高，随系统时钟频率改变,不可编程的硬件定时,采用分频器、单稳电路或简易定时电路控制定时时间,定时电路简单、定时时间可以在一定范围改变,可编程的硬件定时,软件硬件相结合、用可编程定时器芯片构成一个方便灵活的定时电路,具有多种工作方式、能够输出多种控制信号,计数器/定时器的基本原理,可编程计数器/定时器的工作原理,基于计数器的减1工作,计数器/定时器的用途,在多任务的分时系统中用来作为中断信号实现程序的切换。,可以往I/O设备输出精确的定时信号。,作为一个可编程的波特率发生器。,实现时间延迟,定时,/,计数器芯片,Intel8253,Intel8253是8086/8088微机系统常用的定时/计数器芯片，它具有定时与计数两大功能，同类型的定时/计数器芯片还有Intel8254等。,一、,8253,的一般性能概述,每个,8253,芯片有,3,个独立的,16,位计数器通道,每个计数器通道都可以按照二进制或二,十进制计数,每个计数器的计数速率可以高达,2MHz,每个通道有,6,种工作方式，可以由程序设定和改变,所有的输入、输出电平都与,TTL,兼容,D,7,D,0,计数器0,控制字,寄存器,计数器1,计数器2,内,部,数,据,总,线,数据总线,缓冲器,读写控制,逻辑,RD,WR,A,0,A,1,CS,CLK,0,GATE,0,OUT,0,CLK,1,GATE,1,OUT,1,CLK,2,GATE,2,OUT,2,二、8253,内部结构,8253内部实现与CPU数据总线连接的8位双向三态缓冲器，用以传送CPU向8253的控制信息、数据信息以及CPU从8253读取的状态信息，包括某一方面时刻的实时计数值。,1数据总线缓冲器,2读/写控制逻辑,控制8253的片选及对内部相关寄存器的读/写操作，它接收CPU发来的地址信号以实现片选、内部通道选择以及对读/写操作进行控制。,3控制字寄存器,在8253的初始化编程时，由CPU写入控制字，以决定通道的工作方式，此寄存器只能写入，不能读出。,这是三个独立的，结构相同的计数器/定时器通道，每一个通道包含,一个16位的计数寄存器,，用以存放计数初始值，和,一个16位的减法计数器,和,一个16位的锁存器,，锁存器在计数器工作的过程中，跟随计数值的变化，在接收到CPU发来的读计数值命令时，用以锁存计数值，供CPU读取，读取完毕之后，输出锁存器又跟随减1计数器变化。,另外，计数器的值为,0,的状态，还反映在状态锁存器中，可供读取。,4计数通道0#、1#、2#,三,、8253,外部引脚,8253芯片是具有24个引脚的双列直插式集成电路芯片，其引脚分布如图。,8253芯片的24个引脚分为两组，一组面向CPU，另一组面向外部设备，各引脚及其所传送信号的情况，如下：,8253的引脚,1.面向CPU的引脚,D0 D7：,双向、三态数据线引脚，用以与系统的数据线连接，传送控制、数据及状态信息。,A0 A1：,地址信号输入引脚，一般接CPU地址总线的A,1,、A,0,位，用以选,择,8253,芯片的通道及控制字寄存器。,CS*：,芯片选择信号输入引脚，低电平有效,RD*：,来自于,CPU,的读控制信号输入引脚，低电平有效,WR*：,来自于,CPU,的写控制信号输入引脚，低电平有效。,CS*A1 A0,计数器通道,读操作RD*,写操作WR*,0 0 0,0 0 1,0 1 0,0 1 1,0#,1#,2#,控制端口,读计数器0,读计数器1,读计数器2,无操作,写计数器0,写计数器1,写计数器2,写控制字,2.,各计数器的3个引脚,CLK,时钟输入信号,在计数过程中，此引脚上每输入一个时钟信号（下降沿），计数器的计数值减,1,GATE,门控输入信号,控制计数器工作，可分成电平控制和上升沿控制两种类型,OUT,计数器输出信号,当一次计数过程结束（计数值减为,0,），,OUT,引脚上将产生一个输出信号,1.,计数器,预置寄存器,GATE,CLK,OUT,减1计数器,输出锁存器,计数初值存于,预置寄存器,；,在计数过程中，,减法计数器,的值不断递减，,而预置寄存器中的预置不变。,输出锁存器,用于写入锁存命令时，,锁定当前计数值,四,、,8253的控制字,计数器,读写格式,工作方式,数制,D,7,D,6,D,5,D,4,D,3,D,2,D,1,D,0,00 计数器0,01 计数器1,10 计数器2,11 非法,00 计数器锁存命令,01 只读写低字节,10 只读写高字节,11 先读写低字节,后读写高字节,000 方式0,001 方式1,010 方式2,011 方式3,100 方式4,101 方式5,0 二进制,1 十进制,控制字写入控制字I/O地址（A,1,A,0,11）,示例,四,、,8253的控制字,要使用8253，必须首先进行初始化编程，初始化编程包括设置,通道控制字,和送,通道计数初值,两个方面，控制字写入8253的控制字寄存器，而初始值则写入相应通道的计数寄存器中。,初始化编程包括如下步骤：,(1)写入通道控制字，规定通道的工作方式；,(2)写入计数值，若规定只写低8位，则高8位自动置0，若规定只写高8位，则低8位自动置0。若为16位计数值则分两次写入，先写低8位，后写高8位。,D,0,：用于确定计数数制，0，二进制；1，BCD码,1,8253,的初始化编程,例,1,：设,8253,的端口地址为：,04H,07H,，要使计数器,1,工作在方式,0,，仅用,8,位二进制计数，计数值为,128,，,进行初始化编程。,控制字为：,01010000B=50H,初始化程序：,MOV AL,，,50H,MOV DX,，07H,OUT DX,，,AL,MOV AL,，,80H,MOV DX,，05H,OUT DX,，,AL,例,2,：设,8253,的端口地址为：,F8H,FBH,，若用通道,0,工作,在方式,1,，按二十进制计数，计数值为,5080H,，进行,初始化编程。,控制字为：,00110011B,=33H,初始化程序：,MOV AL,，,33H,MOV DX,，0FBH,OUT DX,，,AL,MOV AL,，,80H,MOV DX,，0F8H,OUT DX,，,AL,MOV AL,，,50H,OUT DX,，,AL,例,3,：设,8253,的端口地址为：,04H,07H,，若用通道,2,工作在方式,2,，按二进制计数，计数值为,02F0H,，进行初始化编程。,控制字为：,10110100B=0B4H,初始化程序：,MOV AL,，,0B4H,MOV DX,，07H,OUT DX,，,AL,MOV AL,，,0F0H,MOV DX,，06H,OUT DX,，,AL,MOV AL,，,02H,OUT DX,，,AL,8253,可用控制命令来读取相应通道的计数值，由于计数值是,16,位的，而读取的瞬时值，要分两次读取，所以在读取计数值之前，要用锁存命令，将相应通道的计数值锁存在锁存器中，然后分两次读入，先读低字节，后读高字节。,当控制字中，,D,5,、,D,4,=00,时，控制字的作用是将相应通道的计数值锁存的命令，锁存计数值在读取完成之后，自动解锁。,2读取8253通道中的计数值,如要读通道,1,的,16,位计数器，编程如下：地址,F8H,FBH,。,MOVAL,，,40H,；,MOV DX,，0FBH,OUTDX,，,AL,；锁存计数值,MOV DX,，0F9H,INAL,，,DX,MOVCL,，,AL,；低八位,INAL,，,DX,；,MOVCH,，,AL,；高八位,五,、,8253在系统中的典型连接,1,试说明定时和计数在实际系统中的应用？这两者之间有和联系和差别？,2,定时和计数有哪几种实现方法？各有什么特点？,3,试说明定时,/,计数器芯片,Intel,8253,的内部结构。,定时,/,计数器芯片,Intel,8253,占用几个端口地址？各个端口分别对应什么,习题与思考,六,、,8253的工作方式,8253,共有,6,种工作方式，各方式下的工作状态是不同的，输出的波形也不同，其中比较灵活的是,门控信号,的作用。由此组成了,8253,丰富的工作方式、波形，下面我们逐个介绍：,1几条基本原则,(1),控制字写入计数器时，所有的控制逻辑电路立即复位，输出端,OUT,进入初始状态。初始状态对不同的模式来说不一定相同。,(2),计数初始值写入之后，要经过一个时钟周期上升沿和一个下降沿，计数执行部件才可以开始进行计数操作，因为第一个下降沿将计数寄存器的内容送减,1,计数器。,(3),通常，在每个时钟脉冲,CLK,的上升沿，采样门控信号,GATE,。不同的工作方式下，门控信号的触发方式是有具体规定的，即或者是电平触发，或者是边沿触发，在有的模式中，两种触发方式都是允许的。其中,0,、,2,、,3,、,4,是电平触发方式，,1,、,2,、,3,、,5,是上升沿触发。,(4),在时钟脉冲的下降沿，计数器作减,1,计数，,0,是计数器所能容纳的最大初始值。二进制相当于,2,16,，用,BCD,码计数时，相当于,10,4,方式,0,的波形如图所示，当控制字写入控制字寄存器后，输出,OUT,就变低，当计数值写入计数器后开始计数，在整个计数过程中，,OUT,保持为低，当计数到,0,后，,OUT,变高；,GATE,的高低电平控制计数过程是否进行。,2方式0计数结束产生中断,方式0时序图,GATE,OUT,CLK,0,3,1,2,4,4,方式0,WR,设,定,工,作,方,式,设,定,计,数,初,值,计,数,值,送,入,计,数,器,计,数,过,程,计,数,结,束,计数器只计一遍，当计数到,0,时，不重新开始计数保持为高，直到输入一新的计数值，,OUT,才变低，开始新的计数；,计数值是在写计数值命令后经过一个输入脉冲，才装入计数器的，下一个脉冲开始计数，因此，如果设置计数器初值为,N,，则输出,OUT,在,N,1,个脉冲后才能变高；,在计数过程中，可由,GATE,信号控制暂停。当,GATE,0,时，暂停计数；当,GATE,1,时，继续计数；,在计数过程中可以改变计数值，且这种改变是立即有效的，分成两种情况：,若是,8,位计数，则写入新值后的下一个脉冲按新值计数；若是,16,位计数，则在写入第一个字节后，停止计数，写入第二个字节后的下一个脉冲按新值计数。,方式0有下列特点,方式,1,的波形如图所示，,CPU,向,8253,写入控制字后,OUT,变高，并保持，写入计数值后并不立即计数，只有当外界,GATE,信号启动后（一个正脉冲）的下一个脉冲才开始计数，,OUT,变低，计数到,0,后，,OUT,才变高，此时再来一个,GATE,正脉冲，计数器又开始重新计数，输出,OUT,再次变低，因此输出为一单拍负脉冲,3方式1可编程的硬件触发单拍脉冲,方式1时序图,设,定,工,作,方,式,设,定,计,数,初,值,硬,件,启,动,计,数,值,送,入,计,数,器,计,数,过,程,计,数,结,束,GATE,OUT,CLK,0,3,1,2,4,4,方式1,WR,输出,OUT,业宽度为计数初值的单脉冲；,输出受门控信号,GATE,的控制，分三种情况：,计数到,0,后，再来,GATE,脉冲，则重新开始计数，,OUT,变低